三聚磷酸鈉（鈉 tripolyphosphate），也稱五鈉、三磷酸五鈉、STPP，是一種無定形水溶性線狀聚磷酸鹽，常用于食品中，作水分保持劑、品質(zhì)改良劑、pH調(diào)節(jié)劑、金屬螯合劑。無機化合物，化學式為Na?P?O??，根據(jù)內(nèi)部原子順序不同分為I型和II型兩種晶體，外觀呈白色，可溶于水，加熱可水解為（正）磷酸鹽。工業(yè)上采用熱法酸（黃磷）-純堿法、濕法酸（黃磷）-純堿法等方法制備三聚磷酸鈉。廣泛應用于日化產(chǎn)品和食品行業(yè)，還可用于造紙制漿、涂料加工以及礦石浮選，也用作過氧化氫溶液的穩(wěn)定劑。三聚磷酸鈉具有低毒性，如果大量攝入，可能會出現(xiàn)惡心、嘔吐和腹瀉，由于與鈣離子螯[áo]合，有出現(xiàn)低鈣性手足抽搐的危險。
發(fā)展歷史
聚磷酸鹽用作洗滌劑是由阿格瑟與奇華拉發(fā)現(xiàn)的，歐美發(fā)達國家的磷酸鹽工業(yè)始于二十世紀初，美國自1940年開始生產(chǎn)聚磷酸鹽，1947年以后開始大量生產(chǎn)三聚磷酸鈉，隨著合成洗滌劑的用量增長，三聚磷酸鈉產(chǎn)量迅速增加；日本的三聚磷酸鈉生產(chǎn)也和美國一樣隨合成洗滌劑的增長而增長；英國從1950年開始采用濕法工藝生產(chǎn)三聚磷酸鈉。
中國磷酸鹽工業(yè)始于二十世紀三十年代，最初應用于水處理。其中磷酸鈉鹽發(fā)現(xiàn)最早、用量最大且用途十分廣泛。新中國成立后，中國開始建設磷酸鹽生產(chǎn)裝置。九十年代，三聚磷酸鈉的用量快速增長，生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴大，成為磷酸鹽十大主要產(chǎn)品之一。
二十一世紀，三聚磷酸鈉工業(yè)朝著精細化、系統(tǒng)化、品質(zhì)化的方向進一步發(fā)展。
化學結構
三聚磷酸鈉是一種無定形的線狀聚磷酸鹽，在兩端以Na?PO?終止，由一個磷原子和四個氧原子組成了一個正四面體，其中位于四面體中心的是磷原子，氧原子則處于四頂點上，每三個正四面體分別由一個氧原子相連。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
三聚磷酸鈉俗稱“五鈉”，是一種無機鹽，外觀為白色結晶固體，較易溶于水，水溶液呈堿性，密度為2.52 g/cm3，熔點為622 ℃。三聚磷酸鈉有I型（高溫型）和II型（低溫型）兩種結晶態(tài)。其區(qū)別在于二者的鍵長和鍵角不同，二者化學性質(zhì)相同，但熱穩(wěn)定性和吸濕性I型高于II型。常溫下每100 g水可以溶解35 g晶體，水溶液中溶解度較大，當水合反應進行完全時，晶體的溶解度會下降為六水合物的平衡溶解度，常溫下每100 g水可以溶解13 g六水合物。
化學性質(zhì)
三聚磷酸鈉具有螯合性能，I型和II型兩種晶體發(fā)生水合反應后形成性質(zhì)較為穩(wěn)定的六水合結晶。I型晶體的結構中有四配位體，水合速度快且放出熱量多，從而使粉體保持干爽；而II型晶體水合速度慢，導致在反應過程中原料逐漸變得粘稠。水合反應為放熱反應，反應速率隨溫度升高、原料濃度升高，pH值降低而降低。水合反應式如下：
在常溫、常壓且環(huán)境不是酸性的條件下，三聚磷鈉水溶液呈穩(wěn)定性。隨溶液pH減小、溫度升高，三聚磷酸鈉可以發(fā)生水解反應，產(chǎn)物為焦磷酸鈉（Na?P?O?）、磷酸二氫鈉（Na?HPO?）和磷酸二氫鈉（氫化鈉?PO?），其水解速率與溫度、pH值有關，若溫度升高或酸性增強，則水解反應速率加快。水解反應式如下：
制備方法
熱法酸（黃磷）-純堿法
熱法磷酸法的原料是以電熱法生產(chǎn)的黃磷，經(jīng)燃燒水合獲得磷酸，之后加入純堿與磷酸中和，設備簡單，工藝較為簡潔，回收率和產(chǎn)品質(zhì)量均較高，但能耗也較高，是世界各國最為常用的生產(chǎn)三聚磷酸鈉的方法。此方法所用原料為磷酸（H?PO?）和純堿（Na?CO?）。
反應過程較為簡單，首先，磷酸和純堿發(fā)生反應生成磷酸二氫鈉和磷酸二氫鈉，化學反應式如下所示：
生成的中間產(chǎn)物在高溫下聚合成三聚磷酸鈉。
在反應過程中應控制助燃氣體、隨時觀察燃燒情況。化學反應式如下所示：
反應完畢后將產(chǎn)物冷卻、粉碎，得到最終產(chǎn)品。
反應流程圖如下所示：
熱法酸（黃磷）-氫氧化鈉法與熱法酸（黃磷）-純堿法不同的是，需要加入燒堿與磷酸中和而非純堿，待反應進行完畢后，將所得產(chǎn)物冷卻、粉碎，除去雜質(zhì)得到最終產(chǎn)品。
濕法酸（凈化）-純堿法
濕法工藝的步驟如下：用無機酸分解磷礦，粗制磷酸經(jīng)過脫、脫硫后加入純堿中和，經(jīng)過濃縮、干燥等步驟后聚合為三聚磷酸鈉。此種方法成本和耗能均較低，但要求采用優(yōu)質(zhì)磷礦和硫酸，工藝流程較為復雜且需要的設備較多，產(chǎn)品質(zhì)量差、純度較低，需經(jīng)過凈化步驟去除雜質(zhì)，如在過濾后，可以添加碳酸鈉中和來提高原料的質(zhì)量；也可以使用結晶過程使磷酸氫二鈉呈晶體狀，然后離心除去磷酸氫二鈉的晶體。使產(chǎn)品滿足工業(yè)和食品的要求。
白炭黑聯(lián)產(chǎn)法
利用磷酸沉淀法雙釜反應的綠色工藝，制備白炭黑并聯(lián)產(chǎn)三聚磷酸鈉，此種方法已投入實際工業(yè)生產(chǎn)中，工藝過程穩(wěn)定，操作較為方便，有利于回收磷酸鹽、節(jié)約用水、節(jié)能環(huán)保，對環(huán)境的污染很小，充分實現(xiàn)了工藝綠色化。
利用雙釜反應器工藝生產(chǎn)沉淀白炭黑并副產(chǎn)五鈉，獲得的產(chǎn)品品質(zhì)也較好。反應的基本原理是工業(yè)熱法磷酸與工業(yè)水玻璃反應生成二氧化硅沉淀，將母液與濾液濃縮，調(diào)整濃縮液pH，最終得到二氧化硅和三聚磷酸鈉。
采用此種方法時，雙釜反應工藝可以控制溫度與pH，不僅提高了反應物料的濃度和產(chǎn)品產(chǎn)出率，反應體系也更加穩(wěn)定，還降低了能耗和洗滌用水量，得到品質(zhì)較高的三聚磷酸鈉。
檢測方法
三聚磷酸鈉的檢測方法主要有離子交換色層法、離子色譜法和滴定法。
離子交換色層法早在上世紀六十年代已被列為測定三聚磷酸鈉的標準方法，可以有效分離工業(yè)三聚磷酸鈉中的焦磷酸鈉、磷酸鈉和六偏磷酸鈉。滴定法操作簡單，分析過程快速，能夠滿足生產(chǎn)需要且分析結果可及時指導生產(chǎn)應用。
應用領域
化工生產(chǎn)
三聚磷酸鈉便宜無毒，經(jīng)常被用作洗滌劑的添加劑，在洗滌過程中，三聚磷酸鈉與金屬離子可以生成可溶性螯合物，有效避免沉淀產(chǎn)生，從而增加洗滌潔凈度。但是過量使用含磷洗衣粉容易造成水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)象。
可用作肥皂增效劑，防止條皂油脂析出和起霜；對潤滑油和脂肪有強烈的乳化作用，可用于調(diào)節(jié)緩沖皂液的pH值。可作工業(yè)用水的軟水劑、制革預鞣劑、染色助劑。在油漆、白陶土、氧化鎂、碳酸鈣等工業(yè)中配制懸浮液時作分散劑。可作鉆井泥漿分散劑。造紙工業(yè)用作防油污劑。
食品工業(yè)
三聚磷酸鈉可用作食品添加劑，在肉制品加工過程中起著重要作用。
三聚磷酸鈉可作為保水劑用于肉制品中，可以改善成品的鮮嫩度和黏結性，并提高出品率。研究表明將三聚磷酸鈉加入鴨肉、雞肉中，可提高肉制食物的保水率，改善食物的品質(zhì)及風味口感。在魚肉中加入三聚磷酸鈉可使魚糜蟹肉蛋白凝膠的變形、持水能力和水分分布顯著增強，從而保持肉類食物的新鮮性。
三聚磷酸鈉可作為軟化劑浸泡或焯水蔬菜和水果，可以保持其柔軟特性，因為三聚磷酸鈉可以與水果皮中的鈣混合，減少表皮的硬度。使用磷酸鹽不僅可以軟化蔬菜水果的表皮，還可以防止脫色。
其他行業(yè)
由于氮磷含量,三聚磷酸鈉可用作滅火劑、紙基材料、涂料、塑料等阻燃劑。聚合度越高，阻燃性能越好。此外，三聚磷酸鈉可作為無毒交聯(lián)劑，改善共聚物的pH值和熱穩(wěn)定性。
安全事宜
三聚磷酸鹽具有磷酸鹽的通性低毒性，但磷酸鹽用于食品添加劑對大鼠的致死量LD??為4 g/kg，相比之下，普通鹽類的LD??為6 g/kg。許多關于磷酸鹽的毒理學研究表明，磷酸鹽實際上是無害的，在可接受的攝入量范圍內(nèi)是安全的。因此，美國食品和藥物管理局（美國食品藥品監(jiān)督管理局）都認為聚磷酸鹽是安全的食品添加劑。但如果人體長期大量攝入三聚磷酸鈉（多磷酸鹽的常見形式），可能會與食物中的鈣結合形成難吸收的磷酸鈣鹽，抑制鈣的吸收與利用，長期可能導致缺鈣、骨密度降低，甚至影響兒童骨骼發(fā)育；還會加重肝腎代謝負荷，尤其對于腎功能中度或嚴重受損人群，其腎臟排泄磷的能力下降，易引發(fā)高磷血癥，長期可能導致腎功能損傷；同時，磷過剩可能導致磷酸鈣沉積于血管壁，加劇血管鈣化，從而增加高血壓、冠心病等心血管疾病的發(fā)生風險。因此，國際上對于三聚磷酸鈉作為食品添加劑的使用量是有明確規(guī)定的，食品添加劑聯(lián)合專家委員會（JECFA）建議，如果磷酸鹽的攝入量在最大可耐受的攝入量內(nèi)，則每日可耐受的攝入量為70毫克/千克（總磷）。我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》（GB2760-2014）規(guī)定三聚磷酸鈉可用于乳及乳制品（0.5g/kg）、水產(chǎn)品（1.0g/kg）、預制肉制品（3.0g/kg）等食品類別，并明確規(guī)定了不同食品中的最大使用量。磷酸鹽的攝入可能會危害健康。
參考資料 >